JP7187954B2 - Evaluating Method of Delamination Resistance of Alumina-Magnesia Castable Refractories - Google Patents
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Description
本発明は、溶融金属処理容器の内張り炉材に用いられるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for evaluating spalling resistance of an alumina-magnesia castable refractory used as a lining furnace material for molten metal processing vessels.
溶鋼取鍋等に用いられるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、使用中に発生する亀裂が原因で剥離損耗を生じる課題があった。使用中に発生するアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の亀裂の主な原因は、耐火物の構成原料であるアルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張により引き起こされる座屈と考えられている。 Alumina-magnesia castable refractories used for molten steel ladles and the like have the problem of peeling wear due to cracks that occur during use. The main cause of cracks in alumina-magnesia castable refractories during use is considered to be buckling caused by volumetric expansion associated with the spinel formation reaction between alumina and magnesia, which are the constituent raw materials of the refractory.
アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の使用中の座屈を防止するためには、次の2点の方法が検討されてきた。1点目は、座屈の原因となるアルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張により発生する応力を緩和するために、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に荷重軟化性を付与する方法である。2点目は、アルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張を制御し、その体積膨張により発生する応力を低減する方法である。 In order to prevent buckling of alumina-magnesia castable refractories during use, the following two methods have been investigated. The first is a method of imparting softening under load to an alumina-magnesia castable refractory in order to relax the stress generated by the volume expansion associated with the spinel formation reaction between alumina and magnesia, which causes buckling. . The second point is a method of controlling the volume expansion associated with the spinel formation reaction between alumina and magnesia to reduce the stress generated by the volume expansion.
特許文献1と特許文献2では、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の構成原料であるアルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張が大きくなる1400℃以上の高温下において適度な荷重軟化性を付与させたアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物が開示されている。
特許文献3では、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の使用中の体積膨張の試験方法として大気中1500℃で3時間焼成後のアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の残存線変化率を採用することにより、使用中のアルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張を制御したアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物が開示されている。
In
In Patent Document 3, by adopting the residual linear change rate of the alumina-magnesia castable refractory after firing at 1500 ° C. for 3 hours in the air as a test method for volume expansion during use of the alumina-magnesia castable refractory, Disclosed is an alumina-magnesia castable refractory in which the volume expansion associated with the spinel formation reaction between alumina and magnesia during use is controlled.
しかし、特許文献1~3に記載のアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物を用いても使用中にキャスタブル耐火物に発生する亀裂を起点とした剥離損耗が解消しない問題が生じていた。
However, even if the alumina-magnesia castable refractories described in
本発明者は、溶鋼取鍋に用いられるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の損耗機構を調べた結果、剥離損耗の原因となる使用中に耐火物に生じる亀裂は、耐火物の構成原料であるアルミナとマグネシアとのスピネル生成反応に伴う体積膨張により引き起こされる座屈が原因で発生するものでは無く、使用中に耐火物の構成材料が溶融して生じる液相と、前記液相からの固体の生成(析出)が関与していることを見出した。しかしながら、従来技術ではアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物において、使用中に生成する液相が原因で生じる亀裂により剥離損耗が生じるか否かの耐剥離性を評価する方法がなかった。 As a result of investigating the wear mechanism of alumina-magnesia castable refractories used in molten steel ladles, the present inventors found that cracks that occur in refractories during use, which causes peeling wear, are caused by alumina, which is a constituent raw material of refractories. It is not caused by buckling caused by volume expansion accompanying the spinel formation reaction between and magnesia, but a liquid phase generated by melting of the constituent materials of the refractory during use, and the formation of a solid from the liquid phase (precipitation) is involved. However, in the prior art, there was no method for evaluating the spallation resistance of alumina-magnesia castable refractories to determine whether spallation wear would occur due to cracks caused by the liquid phase generated during use.
本発明は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物が、使用中に生成した液相が原因で生じる亀裂により剥離損耗が生じるか否かの耐剥離性の評価方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for evaluating spallation resistance of an alumina-magnesia castable refractory to determine whether spallation wear occurs due to cracks caused by a liquid phase generated during use.
本発明者等が鋭意検討した結果、使用中のアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物において、溶鋼と接したときの高温状態と、溶鋼を排出した後に相対的低温状態において耐火物組織に生成される液相/固相の量の変化が、耐剥離性と相関し、耐剥離性を線熱膨張率(「線膨張係数」とも呼ばれる。)の変化から把握できることを知見し、本発明を成すに至った。
即ち、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
(1)アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法であって、前記キャスタブル耐火物は、1400℃以上1600℃以下で3時間以上焼成後の残存線変化率が0%以上であり、前記キャスタブル耐火物の液相が生成する温度以上の温度T1にて前記キャスタブル耐火物を3時間以上熱処理する工程と、前記熱処理後のキャスタブル耐火物を、室温から前記温度T1よりも高い温度T2まで昇温しつつ前記キャスタブル耐火物の線熱膨張率を測定する工程と、前記温度T2から室温まで冷却しつつ、前記キャスタブル耐火物の線熱膨張率を測定する工程と、前記T1以下の温度T3における前記昇温過程の線熱膨張率と前記冷却過程の線熱膨張率との差分値を算出する工程と、前記差分値から耐剥離性を判断する工程と、を備えることを特徴とするキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(2)前記所定温度T1が、1400~1500℃から選ばれる一定温度であることを特徴とする(1)に記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(3)前記所定温度T1が1400℃であることを特徴とする(1)に記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(4)前記所定温度T2が1400℃超1600℃以下から選ばれる一定温度であることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(5)前記所定温度T2が1500℃であることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(6)前記耐剥離性を判断する工程は、前記熱処理後のキャスタブル耐火物の液相の固相への析出が完了する温度と前記温度T1との間において前記差分値の最大値を決定し、前記最大値と予め定めた目標値とを比較し、前記最大値が前記目標値以下であるか否かを判定することによって耐剥離性を判断することを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(7)前記所定温度T3が1200~1400℃から選ばれる一定温度であることを特徴とする(1)~(5)の何れかに記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(8)前記所定温度T3が1200℃であることを特徴とする(1)~(5)の何れかに記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
(9)前記差分値が0.1%以下である前記キャスタブル耐火物を耐剥離性が高いと判断することを特徴とする(8)に記載のキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。
As a result of intensive studies by the present inventors, in alumina-magnesia castable refractories in use, the liquid generated in the refractory structure in a high temperature state when in contact with molten steel and a relatively low temperature state after discharging molten steel The change in the amount of the phase/solid phase is correlated with the peel resistance, and the peel resistance can be grasped from the change in the coefficient of linear thermal expansion (also called "coefficient of linear expansion"). rice field.
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A method for evaluating peel resistance of an alumina-magnesia castable refractory, wherein the castable refractory has a residual linear change rate of 0% or more after firing for 3 hours or more at 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. , a step of heat-treating the castable refractory for 3 hours or more at a temperature T1 higher than the temperature at which the liquid phase of the castable refractory is generated; A step of measuring the linear thermal expansion coefficient of the castable refractory while increasing the temperature to, a step of measuring the linear thermal expansion coefficient of the castable refractory while cooling from the temperature T2 to room temperature, and a temperature of T1 or less A step of calculating a difference value between the linear thermal expansion coefficient in the temperature rising process and the linear thermal expansion coefficient in the cooling process at T3, and a step of judging peeling resistance from the difference value. Evaluation method for peeling resistance of castable refractories.
(2) The method for evaluating peeling resistance of a castable refractory according to (1), wherein the predetermined temperature T1 is a constant temperature selected from 1400 to 1500°C.
(3) The method for evaluating peeling resistance of a castable refractory according to (1), wherein the predetermined temperature T1 is 1400°C.
(4) The method for evaluating peel resistance of a castable refractory according to any one of (1) to (3), wherein the predetermined temperature T2 is a constant temperature selected from over 1400° C. and 1600° C. or less.
(5) The method for evaluating peel resistance of a castable refractory according to any one of (1) to (3), wherein the predetermined temperature T2 is 1500°C.
(6) The step of determining the peeling resistance determines the maximum value of the difference between the temperature at which the liquid phase of the castable refractory after the heat treatment completes precipitation into the solid phase and the temperature T1. , wherein the peel resistance is determined by comparing the maximum value with a predetermined target value and determining whether the maximum value is equal to or less than the target value (1) to (5) ) The method for evaluating the peel resistance of the castable refractory according to any one of ).
(7) The method for evaluating peel resistance of a castable refractory according to any one of (1) to (5), wherein the predetermined temperature T3 is a constant temperature selected from 1200 to 1400°C.
(8) The method for evaluating peel resistance of a castable refractory according to any one of (1) to (5), wherein the predetermined temperature T3 is 1200°C.
(9) The method for evaluating the peeling resistance of a castable refractory according to (8), wherein the castable refractory having the difference value of 0.1% or less is judged to have high peeling resistance.
本発明によれば、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物が、使用中に生成した液相が原因で生じる亀裂により剥離損耗が生じるか否か、耐剥離性を正確に評価することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately evaluate the spallation resistance of an alumina-magnesia castable refractory, ie, whether or not spallation wear occurs due to cracks caused by a liquid phase generated during use.
本発明に係る評価方法の適用の対象とするアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、主に溶鋼取鍋に使用されることから、以下溶鋼取鍋に使用した場合を例として述べる。他の容器に用いた場合も同様に適用できる。 Since the alumina-magnesia castable refractories to which the evaluation method according to the present invention is applied are mainly used in molten steel ladles, the case of using them in molten steel ladles will be described below as an example. The same can be applied when used for other containers.
溶鋼取鍋は、転炉から出鋼された溶鋼を連続鋳造機まで搬送する溶融金属処理容器である。そのため、溶鋼取鍋に用いられるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、溶鋼が滞留している期間は加熱され、鋳造完了後から転炉での受鋼開始直前までの溶鋼が取鍋内に存在しない期間は冷却されることになる。すなわち、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、加熱と冷却が繰り返される環境下で使用されている。 A molten steel ladle is a molten metal processing vessel that conveys molten steel tapped from a converter to a continuous casting machine. Therefore, the alumina-magnesia castable refractory used for the molten steel ladle is heated during the period when the molten steel is retained, and the molten steel does not exist in the ladle from the completion of casting to the start of receiving steel in the converter. The period will be cooled. That is, alumina-magnesia castable refractories are used in an environment where heating and cooling are repeated.
そのような環境下で使用されているアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物において、亀裂が原因となる剥離損傷は、耐火物内部の温度分布が定常状態となった後に発生している。その際の、亀裂が発生している位置は、使用中の耐火物内部の定常伝熱計算によれば、約1400℃に到達している位置であることが分かった。 In alumina-magnesia castable refractories used in such environments, spalling damage caused by cracks occurs after the temperature distribution inside the refractory reaches a steady state. According to steady state heat transfer calculation inside the refractory in use, it was found that the position where the crack occurred was the position where the temperature reached about 1400°C.
ところで、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、アルミナ、マグネシア、シリカ、及びCaO・Al2O3を主結晶相とするアルミナセメント等の耐火物原料から構成されている。そして耐火物内部の温度が1400℃以上となる領域においては、これらの耐火物原料は、次の(1)式の反応を起こすと考えられる。
即ち、使用中に耐火物原料が反応し、1400℃以上においては、マグネシアとアルミナの一部との反応から生成するスピネル以外に、アルミナセメントとアルミナの一部との反応から生成するCaO・6Al2O3、及びシリカと他の酸化物との反応から液相が生成する。(1)式の反応において生成するスピネル、CaO・6Al2O3、及び液相の各々の量は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に含有される耐火物原料の含有量に依存する。そして、温度の上昇と共に、液相の生成量は増大する。 That is, the refractory raw material reacts during use, and at 1400° C. or higher, CaO 6Al is produced from the reaction of alumina cement and part of alumina in addition to spinel produced from the reaction of magnesia and part of alumina. A liquid phase is formed from the reaction of 2 O 3 and silica with other oxides. The amount of spinel, CaO.6Al 2 O 3 and liquid phase produced in the reaction of formula (1) depends on the content of the refractory raw material contained in the alumina-magnesia castable refractory. As the temperature rises, the amount of liquid phase produced increases.
次に、使用中の溶鋼取鍋のアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の組織の挙動を推察してみる。最初の受鋼後、溶鋼が滞留している期間では、耐火物内部の1400℃以上となる領域においては(1)式の反応に基づいて液相が生成し、約1600℃の溶鋼と接する耐火物稼働面で、液相の生成量が最大となる。液相が生成すると、液相の毛細管力により、耐火物は収縮することになる。すなわち、使用中には、耐火物内部の1400℃となる領域から、溶鋼と接する耐火物稼働面にかけて、生成する液相のために耐火物組織は収縮することになる。そして、使用中に耐火物内部で生成される液相の量が多いほど、耐火物組織の収縮量は大きくなる。 Next, the behavior of the microstructure of the alumina-magnesia castable refractory in the molten steel ladle during use is speculated. After receiving the first steel, during the period in which the molten steel is retained, a liquid phase is generated based on the reaction of formula (1) in the region where the temperature inside the refractory becomes 1400°C or higher, and the refractory in contact with the molten steel at approximately 1600°C. In terms of product operation, the amount of liquid phase produced is maximized. When the liquid phase is generated, the refractory shrinks due to the capillary force of the liquid phase. That is, during use, the structure of the refractory shrinks due to the liquid phase that is generated from the region of 1400° C. inside the refractory to the operating surface of the refractory in contact with the molten steel. As the amount of liquid phase generated inside the refractory during use increases, the amount of contraction of the structure of the refractory increases.
次いで、鋳造が完了した後の溶鋼が取鍋内に存在しない期間、つまり、前記耐火物が冷却されている期間では、次の(2)式の反応が進行する。
即ち、冷却される過程で、液相からCaO・6Al2O3とCaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物等の固相が析出する。
(1)式の反応は1400℃以上に達したときに非可逆的に起こる。一方で(2)式の反応は、一旦1400℃以上の熱履歴を受けた組織において、温度変化に応じて可逆的に起こる。即ち溶鋼取鍋の使用中の剥離損耗が生じる領域では、(1)式の非可逆的な反応と(2)式の可逆的な反応が起こっている。
That is, during the cooling process, solid phases such as CaO.6Al 2 O 3 and CaO--MgO--SiO 2 --Al 2 O 3 based compounds are precipitated from the liquid phase.
The reaction of formula (1) occurs irreversibly when the temperature reaches 1400° C. or higher. On the other hand, the reaction of formula (2) occurs reversibly in response to temperature changes in tissue once subjected to a heat history of 1400° C. or higher. That is, in the region where exfoliation wear occurs during use of the molten steel ladle, the irreversible reaction of formula (1) and the reversible reaction of formula (2) occur.
本発明者は、状態図を用いて冷却過程中の液相からの固相の析出現象を詳細に調査した結果、異なる成分が以下のように段階的に析出していると推測した。 As a result of detailed investigation of the precipitation phenomenon of the solid phase from the liquid phase during the cooling process using a phase diagram, the inventors of the present invention presumed that different components are precipitated stepwise as follows.
まず、液相からCaO・6Al2O3成分が、未溶融のまま存在しているCaO・6Al2O3粒子の表面に析出して、CaO・6Al2O3粒子の粒子径が大きくなり、体積膨張を引き起こす(第一の析出過程)。続いて、残存する液相からCaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物が、既に固相として存在する粒子間に析出することにより、液相からの固相の析出は完了する(第二の析出過程)。液相からのCaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物の析出時には、両者の密度差から体積の減少が生じる。第一の析出過程において耐火物は膨張し、CaO・6Al2O3成分が全て析出する1200℃近辺で最も膨張率が大きい。 First, the CaO.6Al 2 O 3 component from the liquid phase precipitates on the surface of the CaO.6Al 2 O 3 particles that are present in an unmelted state, and the particle diameter of the CaO.6Al 2 O 3 particles increases. Causes volume expansion (first precipitation process). Subsequently, the CaO—MgO—SiO 2 —Al 2 O 3 -based compound precipitates from the remaining liquid phase between particles already present as a solid phase, thereby completing the precipitation of the solid phase from the liquid phase (Second second precipitation process). When the CaO--MgO-- SiO.sub.2 --Al.sub.2O.sub.3 - based compound precipitates from the liquid phase , the volume decreases due to the density difference between the two. The refractory expands in the first precipitation process, and the expansion coefficient is the largest around 1200° C. where all the CaO.6Al 2 O components precipitate.
次に、使用中に約1600℃までに昇温し、加熱と冷却を繰り返す耐火物の熱膨張収縮挙動を推定する。 Next, the thermal expansion and contraction behavior of the refractory which is heated up to about 1600° C. and repeatedly heated and cooled during use is estimated.
図1に、大気中1400℃で3時間の熱処理を施したアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の、室温から1600℃までの昇温過程、及び1600℃から室温までの冷却過程の連続的な線熱膨張率曲線の概念図を示す。 Figure 1 shows continuous line heating during the heating process from room temperature to 1600°C and the cooling process from 1600°C to room temperature for the alumina-magnesia castable refractory that was heat-treated at 1400°C for 3 hours in the air. FIG. 2 shows a conceptual diagram of an expansion curve.
1400℃で3時間熱処理を施したアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物には、前記(1)、(2)式の反応が起きているために、室温においては、アルミナ、スピネル、CaO・6Al2O3、及びCaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物の固相が存在する。 In the alumina-magnesia castable refractory heat-treated at 1400 ° C. for 3 hours, the reactions of the above formulas (1) and (2) occur, so at room temperature, alumina, spinel, CaO.6Al 2 O 3 , and CaO--MgO--SiO 2 --Al 2 O 3 -based compounds.
室温から1600℃までの昇温過程において、1200℃程度まで(過程O→A)は、これら固体の膨張が起きるのみである。更に1200℃から1600℃まで昇温する過程では(過程A→B)、CaO・6Al2O3とCaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物が溶融し、液相が生成し始める。そして、温度の上昇と共に、液相の生成量は増大し、前述のように液相の生成により耐火物は収縮する。溶鋼を受けた場合のように、その温度が1600℃となる耐火物稼働面は、固相の減少と液相の生成によって最も収縮する。 In the temperature rising process from room temperature to 1600° C., only expansion of these solids occurs up to about 1200° C. (process O→A). In the process of further raising the temperature from 1200° C. to 1600° C. (process A→B), CaO.6Al 2 O 3 and CaO—MgO—SiO 2 —Al 2 O 3 based compounds melt and a liquid phase begins to form. As the temperature rises, the amount of liquid phase produced increases, and the refractory shrinks due to the production of the liquid phase as described above. The refractory working surface, whose temperature reaches 1600° C., as in the case of receiving molten steel, shrinks the most due to the reduction of solid phase and the formation of liquid phase.
引き続いて、溶鋼が取鍋から排出される場合のように、耐火物が1200℃程度まで冷却されると(過程B→C→D)、液相からCaO・6Al2O3が析出する第一の析出過程と、CaO-MgO-SiO2-Al2O3系化合物が析出する第二の析出過程によって、稼働面近傍の耐火物組織は体積膨張する。前記過程B→C→Dの途中で前記取鍋が再度溶鋼を受ければ、析出した固相が液相に戻り収縮する(過程D→C→B)。 Subsequently, when the refractory is cooled to about 1200° C. (process B→C→D), like when molten steel is discharged from a ladle, CaO.6Al 2 O 3 precipitates from the liquid phase. and the second precipitation process in which the CaO--MgO-- SiO.sub.2 --Al.sub.2O.sub.3 - based compound is precipitated, the volume of the refractory structure near the working surface expands. If the ladle receives molten steel again during the process B→C→D, the precipitated solid phase returns to the liquid phase and shrinks (process D→C→B).
以上は、1400℃で3時間熱処理を施したアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の挙動であり、使用中に1400℃以上の熱履歴を受けた稼働面側の熱膨張収縮挙動である。 The above is the behavior of the alumina-magnesia castable refractory heat-treated at 1400° C. for 3 hours, and the thermal expansion and contraction behavior of the working surface side subjected to a heat history of 1400° C. or higher during use.
一方で、使用中に1400℃以上に達していない部位では、前記(1)式の反応は起こらず、図1において1200℃に達しても液相は生成しないため、収縮することなくそのまま耐火物原料の膨張が継続する(過程A→B’)。即ち1400℃以上に達していない部位では、過程A→B’における線熱膨張率を示すのに対し、1400℃以上に達した部位では、前記過程B→C→Dにおける線熱膨張率を示す。そして使用中1400℃以上となる部位は液相による少なからず応力緩和が有るため、剥離損耗の起こるのは、図1に示されるような1200℃~1400℃になっている部位である。 On the other hand, in the part where the temperature does not reach 1400 ° C. or higher during use, the reaction of the above formula (1) does not occur, and even if the temperature reaches 1200 ° C. in FIG. Expansion of the feedstock continues (process A→B'). That is, the portion that has not reached 1400° C. or higher shows the linear thermal expansion coefficient in the process A→B′, while the portion that has reached 1400° C. or higher shows the linear thermal expansion coefficient in the process B→C→D. . Since stress relaxation is not a little caused by the liquid phase at the part where the temperature rises to 1400° C. or higher during use, peeling wear occurs at the part where the temperature is 1200° C. to 1400° C. as shown in FIG.
このように、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、使用中に稼働面近傍の耐火物が溶融による組成変化と体積減少、及び液相から固相へ析出による体積増加の過程を繰り返し、耐火物組織内部との熱膨張が不連続となって、その境界となる約1400℃に至った位置近傍に歪が蓄積されることになり、剥離損耗の原因となる亀裂が発生することになる。 In this way, the alumina-magnesia castable refractory repeats the process of composition change and volume reduction due to melting of the refractory near the operating surface during use, and volume increase due to precipitation from the liquid phase to the solid phase, and the refractory structure Thermal expansion with the inside becomes discontinuous, strain is accumulated in the vicinity of the position reaching about 1400° C., which is the boundary, and cracks that cause peeling wear occur.
(耐剥離性の評価対象)
本発明に係る評価方法の適用対象とするアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、1400℃以上1600℃以下で3時間以上焼成後の残存線変化率が0%以上のものである。残存線変化率の試験方法としては、JIS-R2554「キャスタブル耐火物の線変化率試験方法」を用いるのが好ましい。当該方法では焼成温度や焼成時間を特定してはいないが、本発明では、1600℃で3時間以上を推奨する。
(Peeling resistance evaluation object)
Alumina-magnesia castable refractories to which the evaluation method according to the present invention is applied have a residual line change rate of 0% or more after firing at 1400° C. or higher and 1600° C. or lower for 3 hours or longer. As a test method for the residual linear change rate, it is preferable to use JIS-R2554 "Test method for linear change rate of castable refractories". Although the method does not specify the sintering temperature and sintering time, the present invention recommends a temperature of 1600° C. for 3 hours or longer.
一般にアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、熱履歴を受けた後に適度な残存膨張のあることが好ましい。残存収縮する耐火物、すなわち、残存線変化率が0%未満のものは、加熱され冷却された後の寸法が元の加熱前の寸法より小さくなる。1400℃近傍で残存線変化率が0%未満の耐火物は、使用中に亀裂が発生することが明白であり、そもそも耐剥離性に劣ることが多いので、実機の製造に利用することができない。そこで本発明は、残存膨張が正、換言すれば残存収縮しないアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に適用するものである。 In general, alumina-magnesia castable refractories preferably have moderate residual expansion after being subjected to heat history. A refractory with residual shrinkage, ie, a residual linear change rate of less than 0%, has dimensions after being heated and cooled that are smaller than the original dimensions before heating. A refractory with a residual linear change rate of less than 0% near 1400 ° C. is clearly cracked during use, and often has poor peeling resistance in the first place, so it cannot be used for the production of actual equipment. . Therefore, the present invention is applied to an alumina-magnesia castable refractory having positive residual expansion, in other words, having no residual shrinkage.
アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、使用中に溶鋼と接することで稼働面において最高1600℃まで加熱されうることから、1600℃までの温度で焼成する。また約1600℃の溶鋼を受けている時間を考慮し、3時間以上焼成すれば、十分である。従って本発明は、1400℃以上1600℃以下の温度で3時間以上加熱したときの残存線変化率が0%以上、即ち残存収縮しないアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に適用する。 Alumina-magnesia castable refractories are fired at temperatures up to 1600° C., as they can be heated up to 1600° C. on the working surface in contact with molten steel during use. Considering the time during which the molten steel is exposed to about 1600° C., firing for 3 hours or more is sufficient. Therefore, the present invention is applied to an alumina-magnesia castable refractory that has a residual linear change rate of 0% or more when heated at a temperature of 1400° C. or more and 1600° C. or less for 3 hours or more, that is, does not shrink.
(キャスタブル耐火物の熱処理工程)
本発明では、先ず、前記評価対象となるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に対して、当該キャスタブル耐火物の液相が生成する温度以上の温度(この温度を「所定温度T1」と定義する)で3時間以上の熱処理をする。
(Heat treatment process for castable refractories)
In the present invention, first, for the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated, at a temperature higher than the temperature at which the liquid phase of the castable refractory is generated (this temperature is defined as "predetermined temperature T1") Heat for at least 3 hours.
事前に所定温度T1で3時間以上の熱処理を行うのは、前記(1)式の反応を起こさせるためである。前記式(1)の反応は約1400℃以上で不可逆的に起こる。当該熱処理を行わない耐火物に対して、本発明に係る評価方法を行っても、適切な耐剥離性評価はできない。実際の使用環境において1400℃以上に加熱された耐火物の部位は、初期に式(1)の反応が起きて以降は、式(2)の反応による膨張収縮を繰り返すためである。式(1)の反応が完了した耐火物の熱膨張挙動が耐剥離性に影響するからである。 The reason why the heat treatment is performed in advance at the predetermined temperature T1 for 3 hours or more is to cause the reaction of the formula (1). The reaction of formula (1) occurs irreversibly at about 1400° C. or higher. Even if the evaluation method according to the present invention is performed on a refractory that has not been subjected to the heat treatment, it is not possible to perform an appropriate delamination resistance evaluation. This is because the portion of the refractory heated to 1400° C. or higher in the actual use environment repeats expansion and contraction due to the reaction of formula (2) after the initial reaction of formula (1) occurs. This is because the thermal expansion behavior of the refractory after completion of the reaction of formula (1) affects the peeling resistance.
所定温度T1は、式(1)反応が進行する温度であればよいが、1400~1500℃から選ばれる一定温度が好ましい。より好ましくは1400℃にできる限り近い温度である。また熱処理時間を3時間以上とするのは、前記(1)式の反応を平衡にまで到達させるためである。1400℃で3時間以上熱処理を行った試験片を用いれば、使用中の耐火物の熱膨張挙動を再現することができる。 The predetermined temperature T1 may be any temperature at which the reaction of formula (1) proceeds, but is preferably a constant temperature selected from 1400 to 1500.degree. More preferably the temperature is as close as possible to 1400°C. The reason why the heat treatment time is 3 hours or more is to allow the reaction of the formula (1) to reach equilibrium. By using a test piece heat-treated at 1400° C. for 3 hours or longer, it is possible to reproduce the thermal expansion behavior of a refractory in use.
アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の材質によっては、熱処理温度が1400℃を超過する程、前記(1)式の反応において液相の生成量が過剰となって、液相焼結による原料粒子間の強固な結合の生成を伴った耐火物の組織の緻密化が生じる場合がある。このような、原料粒子間に強固な結合が生成してしまった耐火物では、線熱膨張率を測定する際、昇温過程で液相が生成したとしても、昇温の最高到達温度から室温までの冷却過程において液相からのCaO・6Al2O3の析出時におこる体積膨張が抑制される。その結果、冷却過程において、前記所定温度T1以下の温度領域で測定される線熱膨張率の値には、実際の使用環境における耐火物組織の状態変化が適切に反映されない場合がある。従って、本発明では耐火物によって所定温度T1を選択できるものの、1400℃が最も好ましく、1400℃であれば十分適用可能である。 Depending on the material of the alumina-magnesia castable refractory, the more the heat treatment temperature exceeds 1400 ° C., the more the amount of liquid phase produced in the reaction of the above formula (1) becomes excessive, and the liquid phase sintering between the raw material particles Densification of the refractory structure may occur with the formation of strong bonds. When measuring the linear thermal expansion coefficient of such a refractory in which strong bonds are formed between the raw material particles, even if a liquid phase is generated during the heating process, the The volume expansion that occurs during the precipitation of CaO.6Al 2 O 3 from the liquid phase in the cooling process up to the temperature of 100° C. is suppressed. As a result, in the cooling process, the value of the coefficient of linear thermal expansion measured in the temperature range equal to or lower than the predetermined temperature T1 may not appropriately reflect changes in the state of the refractory structure in the actual use environment. Therefore, in the present invention, although the predetermined temperature T1 can be selected depending on the refractory, 1400°C is most preferable, and 1400°C is sufficiently applicable.
(室温~所定温度T2間の昇温過程及び冷却過程における線熱膨張率の測定工程)
前記熱処理工程を経たアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物は、室温から所定温度T2(T2>T1)まで昇温しつつその線熱膨張率が測定される。尚、前記式(2)の逆反応を進行させるために、前記所定温度T2は前記温度T1よりも高く設定される。また、昇温後、前記所定温度T2から室温まで冷却しつつその線熱膨張率が測定される。
(Measuring process of linear thermal expansion coefficient in heating process and cooling process between room temperature and predetermined temperature T2)
The linear thermal expansion coefficient of the alumina-magnesia castable refractory that has undergone the heat treatment step is measured while the temperature is raised from room temperature to a predetermined temperature T2 (T2>T1). Incidentally, the predetermined temperature T2 is set higher than the temperature T1 in order to advance the reverse reaction of the formula (2). After the temperature rise, the linear thermal expansion coefficient is measured while cooling from the predetermined temperature T2 to room temperature.
前記所定温度T2は、線熱膨張率測定温度の最高到達温度であり、前記熱処理工程で到達した平衡状態が達成できる温度で、最大でも溶鋼温度の範囲内であれば良い。尚、前記所定温度T2は、1400℃超1600℃以下から選ばれる一定温度が好ましい。より好ましくは1500℃である。 The predetermined temperature T2 is the maximum attainable temperature of the linear thermal expansion coefficient measurement temperature, and is a temperature at which the equilibrium state reached in the heat treatment step can be achieved, and it is sufficient that it is within the range of the molten steel temperature at the maximum. The predetermined temperature T2 is preferably a constant temperature selected from over 1400° C. and 1600° C. or less. More preferably it is 1500°C.
所定温度T2を1500℃とすると、一般に普及しているJIS-R2207-1に準拠した耐火物の熱膨張試験を実施できる試験装置を用いることができる。また1500℃まで昇温すれば、液相が生成して応力緩和が起こる領域でもあるため、溶鋼温度の約1600℃まで昇温しなくとも、耐剥離性を評価することは十分可能である。 Assuming that the predetermined temperature T2 is 1500° C., it is possible to use a testing apparatus capable of conducting a thermal expansion test of refractories in accordance with the widely used JIS-R2207-1. In addition, if the temperature is raised to 1500°C, a liquid phase is generated and stress relaxation occurs, so it is possible to evaluate the peeling resistance without raising the temperature to about 1600°C which is the molten steel temperature.
本発明に用いる線熱膨張率の試験方法は、室温から所定温度T2までの線熱膨張率を測定できれば、特に限定されない。尚、後述するように、昇温過程時の線熱膨張率と冷却過程時の線熱膨張率との差分値の最大値を求める場合、室温から前記所定温度T1までの線熱膨張率を経時的に測定できることが好ましい。従来の評価結果や物性値と比較し易いことから、JIS-R2207「耐火物の熱膨張の試験方法」に準拠した試験片と試験条件を用いのが好ましい。より好ましくは、液相の膨張収縮に影響の少ないJIS-R2207-1「非接触法」を用いる。 A method for testing the coefficient of linear thermal expansion used in the present invention is not particularly limited as long as the coefficient of linear thermal expansion can be measured from room temperature to a predetermined temperature T2. As will be described later, when obtaining the maximum value of the difference between the coefficient of linear thermal expansion during the heating process and the coefficient of linear thermal expansion during the cooling process, the coefficient of linear thermal expansion from room temperature to the predetermined temperature T1 is measured over time. It is preferable to be able to measure It is preferable to use a test piece and test conditions conforming to JIS-R2207 "Testing method for thermal expansion of refractories" because it is easy to compare with conventional evaluation results and physical property values. More preferably, JIS-R2207-1 "non-contact method" is used, which has little effect on the expansion and contraction of the liquid phase.
(昇温過程時の線熱膨張率と冷却過程時の線熱膨張率との差分値の算出)
本発明は、前記所定温度T1以下の温度(この温度を、「所定温度T3」と定義する。)における前記昇温過程中の線熱膨張率と前記冷却過程中の線熱膨張率との差分値を算出する工程を含む。前述のように、剥離は耐火物稼働面側と内部の線熱膨張率の不連続によって生じる歪が原因であるから、昇温過程中と冷却過程中との線熱膨張率に差の生じる領域、前記第一の析出過程が完了する温度、例えば、1200℃以上で評価すればよい。
(Calculation of the difference value between the linear thermal expansion coefficient during the heating process and the linear thermal expansion coefficient during the cooling process)
In the present invention, the difference between the linear thermal expansion coefficient during the temperature rising process and the linear thermal expansion coefficient during the cooling process at a temperature equal to or lower than the predetermined temperature T1 (this temperature is defined as "predetermined temperature T3") including the step of calculating the value. As mentioned above, peeling is caused by distortion caused by the discontinuity of the linear thermal expansion coefficient between the working surface of the refractory and the inside. , the temperature at which the first precipitation process is completed, for example, 1200° C. or higher.
本発明に係る評価方法の評価対象の耐火物は、線熱膨張率測定工程の昇温過程中において1200℃以上になると、液相が生成し始めて、線熱膨張率は低下していき、所定温度T2で最小となるが、液相が生成している間の熱膨張差は、応力緩和のために、あまり歪を生じない。その後の冷却過程では結晶析出により膨張が起こって、1200℃で最大の線熱膨張率となる。 In the refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention, when the temperature rises to 1200 ° C. or higher in the linear thermal expansion coefficient measurement step, a liquid phase begins to form, and the linear thermal expansion coefficient decreases. The differential thermal expansion during the formation of the liquid phase, which is minimized at temperature T2, causes less strain due to stress relaxation. In the subsequent cooling process, expansion occurs due to crystal precipitation, and the coefficient of linear thermal expansion reaches the maximum at 1200°C.
一方で前述のように、(1)式の非可逆的な反応が生じる温度未満、例えば、実使用中の耐火物の1400℃未満の熱履歴しか受けていない領域では、1200℃以上になっても、1400℃以上に加熱されない間は液相が生成せず、その熱膨張挙動は、1400℃まで固相のままの膨張を示す。従って線熱膨張率の差によって歪が生じるのは、1400℃程度までである。そこで、前記所定温度T3は、前記第一の析出過程が完了する温度から前記(1)式の非可逆的な反応が生じる温度までを含む温度範囲とすれば良い。具体的には、前記所定温度T3は、前記所定温度T1にて前記熱処理した後のキャスタブル耐火物の液相の固相への析出が完了する温度から前記所定温度T1までの温度範囲、或いは、1200~1400℃から選ばれる一定温度であるのが好ましい。 On the other hand, as described above, in a region where the heat history is less than the temperature at which the irreversible reaction of formula (1) occurs, for example, less than 1400 ° C. of the refractory in actual use, the temperature is 1200 ° C. or higher. However, the liquid phase does not form until it is heated to 1400°C or higher, and its thermal expansion behavior shows that it remains in the solid phase up to 1400°C. Therefore, it is up to about 1400° C. that distortion occurs due to the difference in coefficient of linear thermal expansion. Therefore, the predetermined temperature T3 should be set to a temperature range from the temperature at which the first precipitation process is completed to the temperature at which the irreversible reaction of formula (1) occurs. Specifically, the predetermined temperature T3 is a temperature range from a temperature at which precipitation of the liquid phase of the castable refractory after the heat treatment at the predetermined temperature T1 to the solid phase is completed to the predetermined temperature T1, or A constant temperature selected from 1200 to 1400° C. is preferred.
更に、稼働面近傍の1400℃以上の熱履歴を受けた部位と、耐火物内の1400℃以下の熱履歴しか受けていない部位との線熱膨張率の差分値が、1200~1400℃の間で最大を示すのは、1200℃においてと考えられる。そして差分値が大きいほど歪が大きく剥離に影響すると考えられることから、本発明では、所定温度T3が1200℃における線熱膨張率の差分値によって耐剥離性を判断することを推奨する。差分値については、耐火物の材質や、事前の焼成温度、使用環境に依存し、最も剥離性と相関がある数値を用いればよい。 Furthermore, the difference value of the linear thermal expansion coefficient between the part near the working surface that has received a thermal history of 1400 ° C. or higher and the part that has received only a thermal history of 1400 ° C. or less in the refractory is between 1200 and 1400 ° C. is considered to be maximum at 1200°C. Since it is considered that the larger the difference value, the larger the strain, the greater the effect on delamination. Therefore, in the present invention, it is recommended to judge the delamination resistance by the differential value of the coefficient of linear thermal expansion when the predetermined temperature T3 is 1200°C. Regarding the difference value, it depends on the material of the refractory material, the pre-sintering temperature, and the usage environment, and the numerical value that is most correlated with the releasability may be used.
(耐剥離性の判断工程)
本発明は、前記差分値から耐剥離性を判断する工程を含む。この工程は、前記差分値の絶対値の最大値を決定し、前記最大値と目標値とを比較し、前記最大値が目標値以下であるか否かを判定することによって耐剥離性を判断することによって行われる。前記目標値は、予め適宜設定することができ、例えば、前記所定温度T3が1200℃のときに前記差分値が0.1%以下である場合に、耐剥離性が高いと判断しても良い。
(Detachment resistance judgment process)
The present invention includes a step of judging peel resistance from the difference value. This step determines the maximum value of the absolute values of the difference values, compares the maximum value with a target value, and judges peel resistance by determining whether the maximum value is equal to or less than the target value. It is done by The target value can be appropriately set in advance. For example, if the difference value is 0.1% or less when the predetermined temperature T3 is 1200° C., it may be determined that the peeling resistance is high. .
発明者等は鋭意調査した結果、1200℃においては昇温過程中及冷却過程中とも殆ど液相の生成がなく、且つ使用温度範囲内(~1600℃)において線熱膨張率の差が最大となることから、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の剥離損耗の発生の有無と良い相関が得られ、特に取鍋に使用した時には差分値が0.1%以下である場合に、耐剥離性が顕著に高くなることを知見した。 As a result of intensive investigation by the inventors, it was found that at 1200°C, almost no liquid phase was generated during the heating process and cooling process, and that the difference in coefficient of linear thermal expansion was maximum within the operating temperature range (up to 1600°C). Therefore, a good correlation is obtained with the presence or absence of peeling wear of the alumina-magnesia castable refractory. Especially when the difference value is 0.1% or less when used in a ladle, the peeling resistance is remarkable. It was found that the
(アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物原料の組成)
本発明に係る評価方法の評価対象は、例えば、以下の組成の材料を原料として用いることによって作製することができる。但し、本発明に係る評価方法の評価対象は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物であって、1400℃以上1600℃以下の温度で3時間以上焼成後の残存線変化率が0%以上であれば、その組成は以下の例に限定されない。
(Composition of alumina-magnesia castable refractory raw material)
The evaluation object of the evaluation method according to the present invention can be produced, for example, by using materials having the following compositions as raw materials. However, the evaluation object of the evaluation method according to the present invention is an alumina-magnesia castable refractory, and if the residual linear change rate after firing at a temperature of 1400 ° C. or more and 1600 ° C. or less for 3 hours or more is 0% or more , the composition of which is not limited to the following examples.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられるアルミナとしては、焼結アルミナ、電融アルミナ、重焼アルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサイト、電融ボーキサイト、ばん土頁岩などが使用できる。アルミナの粒度としては最大粒径が10mm未満の一般的なものを使用することができる。アルミナの配合割合は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物全量中、質量%で78%~93.5%の範囲が望ましい。 Alumina used for the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention includes sintered alumina, electrofused alumina, heavy burnt alumina, calcined alumina, bauxite, electrofused bauxite, and clay. Shale or the like can be used. As for the particle size of alumina, a general one having a maximum particle size of less than 10 mm can be used. The blending ratio of alumina is desirably in the range of 78% to 93.5% by mass in the total amount of the alumina-magnesia castable refractory.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられるマグネシアとしては、焼結マグネシアまたは電融マグネシアが使用できる。マグネシアの粒度としては最大粒径が1mm未満の一般的なものを使用することができる。マグネシアの配合割合は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物全量中、質量%で3%~10%の範囲が望ましい。 Sintered magnesia or electrofused magnesia can be used as the magnesia used for the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention. As the particle size of magnesia, a general one having a maximum particle size of less than 1 mm can be used. The blending ratio of magnesia is desirably in the range of 3% to 10% by mass in the total amount of the alumina-magnesia castable refractory.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられるシリカとしては、シリコンおよびシリコン合金の製造時に副生するシリカフラワーやシリカヒュームのようなシリカや、気相法で製造したエアロゾル状のシリカ、及び、湿式法で合成した非晶質含水シリカを乾燥させたものが使用できる。シリカの粒径は1μm以下のものが望ましい。シリカの配合割合は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物全量中、質量%で0.5%~2%の範囲が望ましい。 The silica used in the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention includes silica such as silica flour and silica fume that are by-produced during the production of silicon and silicon alloys, and silica such as silica by the vapor phase method. aerosol-like silica produced in and dried amorphous hydrous silica synthesized by a wet method can be used. The particle size of silica is desirably 1 μm or less. The blending ratio of silica is desirably in the range of 0.5% to 2% by mass in the total amount of the alumina-magnesia castable refractory.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられるアルミナセメントとしては、CaO・Al2O3を含有するアルミナセメントが使用できる。CaO・Al2O3以外にアルミナやスピネルを含むアルミナセメントを使用してもよい。アルミナセメントの配合割合は、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物全量中、質量%で3%~10%の範囲が望ましい。 Alumina cement containing CaO.Al 2 O 3 can be used as the alumina cement used for the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention. Alumina cement containing alumina or spinel other than CaO.Al 2 O 3 may be used. The blending ratio of the alumina cement is desirably in the range of 3% to 10% by mass in the total amount of the alumina-magnesia castable refractory.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられる分散剤としては、一般に使用されものでよい。例えばトリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ナフタレンスルホン酸ソーダ、リグニンスルホン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、炭酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、クエン酸ソーダなどが使用できる。分散剤の配合割合も一般的な処方でよい。例えばアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物100質量%に対して、外掛けで0.03%~0.1%の範囲が望ましい。 Generally used dispersants may be used for the alumina-magnesia castable refractories to be evaluated by the evaluation method according to the present invention. For example, sodium tripolyphosphate, sodium hexametaphosphate, acidic sodium hexametaphosphate, sodium polyacrylate, sodium sulfonate, sodium naphthalenesulfonate, sodium lignosulfonate, ultrasodium polyphosphate, sodium carbonate, sodium borate, sodium citrate, etc. Available. The blending ratio of the dispersant may also be a general prescription. For example, a range of 0.03% to 0.1% in terms of outer coating is desirable with respect to 100% by mass of the alumina-magnesia castable refractory.
本発明に係る評価方法の評価対象とされるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に用いられる爆裂防止剤としては、一般に使用されものでよい。例えばビニロンファイバー、乳酸アルミニウム、発泡剤である金属アルミニウム、アゾジカルボンアミド等を挙げることができる。爆裂防止剤の配合割合も一般的な処方でよい。例えば、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物100質量%に対して、外掛けで0.01~0.03%の範囲が望ましい。 As the explosion prevention agent used for the alumina-magnesia castable refractory to be evaluated by the evaluation method according to the present invention, a commonly used one may be used. For example, vinylon fiber, aluminum lactate, metal aluminum as a foaming agent, and azodicarbonamide can be used. The blending ratio of the explosion-proof agent may also be a general prescription. For example, a range of 0.01 to 0.03% in terms of outer coating is desirable with respect to 100% by mass of the alumina-magnesia castable refractory.
(評価対象の試験片の作製)
本発明に係る評価方法を実施するために供するアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の試験片の作製は、実機で施工する条件とできる限り同等とすることが好ましい。しかし、作製された試験片が1400℃以上1600℃以下で3時間以上焼成後の残存線変化率が0%以上であれば、試験片の作製方法は特に限定されない。
(Preparation of test piece to be evaluated)
It is preferable that the preparation of the alumina-magnesia castable refractory test piece used for carrying out the evaluation method according to the present invention is carried out under conditions as similar as possible to those in the actual equipment. However, the method for producing the test piece is not particularly limited as long as the test piece produced has a residual linear change rate of 0% or more after baking at 1400° C. or more and 1600° C. or less for 3 hours or more.
例えば、前記組成を満たす耐火物原料100質量%に対し、外掛けで4~8質量%の水を添加し、ミキサーで混練し型枠に流し込むことによって作製しても良い。作製の際には充填性を向上させるため、混練物を流し込んだ型枠に振動を付与しても良い。 For example, it may be produced by adding 4 to 8% by mass of water to 100% by mass of the refractory raw material satisfying the above composition, kneading it with a mixer, and pouring it into a mold. In order to improve filling properties during production, vibration may be imparted to the mold into which the kneaded material is poured.
以下に本発明の試験例とその参考例を示す。 Test examples of the present invention and reference examples thereof are shown below.
表1に、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の原料配合と評価結果を示す。表1の配合で作製したキャスタブル耐火物に、分散剤としてポリアクリル酸ソーダを耐火物質量に対する外掛け0.06質量%~0.1質量%の範囲で添加し、更に水を耐火物質量に対する外掛け5~6.5質量%の範囲で添加して、二軸ミキサーを用いて3分間混練し、混練物を所定寸法の金枠に振動を付与させながら流し込んだ。そして、室温で24時間養生した後に、110℃で24時間乾燥させることにより評価試料を作製した。 Table 1 shows the composition of raw materials for the alumina-magnesia castable refractories and the evaluation results. To the castable refractory produced with the composition shown in Table 1, sodium polyacrylate is added as a dispersant in the range of 0.06% to 0.1% by mass relative to the amount of refractory material, and water is added to the amount of refractory material. The mixture was added in an amount of 5 to 6.5% by mass, kneaded for 3 minutes using a twin-screw mixer, and the kneaded product was poured into a metal frame of a predetermined size while being vibrated. Then, after curing at room temperature for 24 hours, an evaluation sample was prepared by drying at 110° C. for 24 hours.
従来の耐剥離性評価の参考例として、1500℃×3時間(h)焼成後の残存線変化率を測定した。残存線変化率の測定はJIS-R2554のキャスタブル耐火物の線変化率試験方法を用いた。 As a reference example of conventional peel resistance evaluation, the residual line change rate after firing at 1500° C. for 3 hours (h) was measured. The residual linear change rate was measured using the JIS-R2554 linear change rate test method for castable refractories.
本発明における、アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の線熱膨張率曲線の測定はJIS-R2207-1の耐火物の熱膨張の試験方法に準拠して行った。試験片は、事前に所定温度T1が1400℃で3時間の熱処理を施した。前記試験片の室温から所定温度T2が1500℃までの昇温過程、及び、1500℃から室温までの冷却過程の線熱膨張率を連続的に測定し、冷却過程と昇温過程における所定温度T3が1200℃での線熱膨張率を読み取った。 In the present invention, the linear thermal expansion curve of the alumina-magnesia castable refractory was measured in accordance with the JIS-R2207-1 test method for thermal expansion of refractories. The test piece was previously heat-treated at a predetermined temperature T1 of 1400° C. for 3 hours. Continuously measure the linear thermal expansion coefficient of the test piece during the heating process from room temperature to a predetermined temperature T2 of 1500 ° C. and the cooling process from 1500 ° C. to room temperature. read the coefficient of linear thermal expansion at 1200°C.
一方で実機使用時の損耗速度は、表1の各例の配合割合からなるアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物に、分散剤としてポリアクリル酸ソーダを耐火物質量に対する外掛け0.06質量%~0.1質量%の範囲で添加し、更に水を耐火物質量に対する外掛け5~6.5質量%の範囲で添加して、二軸ミキサーを用いて3分間混練し、混練物を容量300tの溶鋼取鍋の側壁部に施工し、この溶鋼取鍋を70回(ch)使用した後に当該耐火物の厚みを測定し、元の厚みから差し引いた値を使用回数で除することにより平均損耗速度(mm/ch)として算出した。同時に使用中の亀裂による剥離損耗の状況を目視観察した。 On the other hand, the wear rate during actual use is 0.06% by mass to 0.06% by mass to 0.06% by mass of the alumina-magnesia castable refractory material with sodium polyacrylate as a dispersant based on the amount of the refractory material. Add water in the range of 1% by mass, further add water in the range of 5 to 6.5% by mass based on the amount of refractory material, knead for 3 minutes using a twin-screw mixer, and the kneaded product has a capacity of 300 tons. It is applied to the side wall of the molten steel ladle, and the thickness of the refractory is measured after using the molten steel ladle 70 times (ch), and the average wear rate is obtained by dividing the value subtracted from the original thickness by the number of times of use. (mm/ch). At the same time, the state of peeling wear due to cracks during use was visually observed.
試験例1につき、室温から所定温度T2が1500℃までの昇温過程、及び、1500℃から室温までの冷却過程の線熱膨張率を連続的に測定した結果を図2に示す。冷却過程と昇温過程における所定温度T3が1200℃での線熱膨張率の差分値は0.1%以下となっていることが分かる。 FIG. 2 shows the results of continuously measuring the coefficient of linear thermal expansion in the temperature rising process from room temperature to a predetermined temperature T2 of 1500° C. and in the cooling process from 1500° C. to room temperature. It can be seen that the difference value of the coefficient of linear thermal expansion is 0.1% or less when the predetermined temperature T3 is 1200° C. in the cooling process and the heating process.
試験例1~3のキャスタブル耐火物は、1500℃×3h焼成後の残存線変化率の値が相対的に小さいことから、従来の経験からは剥離の懸念はあまりないと予想された。そして1600℃×3h焼成後の残存線変化率は正の値となったため、大気中1400℃で3時間熱処理を施した試験片において、1500℃から室温までの冷却過程と、室温から1500℃までの昇温過程における線熱膨張率を測定した。両過程の1200℃における線熱膨張率の差分値は0.1%以下であり、耐剥離性は高いと判断した。実機使用の結果、実機使用時に剥離損耗が発生しておらず、損耗速度も比較的小さかったことから、耐火物の耐剥離性を正確に評価することができている。 The castable refractories of Test Examples 1 to 3 had a relatively small residual linear change rate after firing at 1500° C. for 3 hours. Then, since the residual line change rate after firing at 1600°C for 3 hours was a positive value, the test piece that had been heat-treated at 1400°C for 3 hours in the air had a cooling process from 1500°C to room temperature and a The coefficient of linear thermal expansion was measured during the temperature rising process. The difference in linear thermal expansion coefficient at 1200° C. between the two processes was 0.1% or less, and it was judged that the peeling resistance was high. As a result of actual use, no peeling wear occurred during actual use, and the wear rate was relatively small, so the peeling resistance of the refractory could be accurately evaluated.
試験例4は、1500℃×3h焼成後の残存線変化率が試験例1~3に比べ相対的に大きく、従来の経験からは剥離損耗の懸念があった。しかしながら1600℃×3h焼成後の残存線変化率は正の値となった。引き続き本発明の線熱膨張率を測定したところ、1200℃での線熱膨張率の差分値が0.1%以下であり、耐剥離性は高いと判断された。実機使用したところ、剥離損耗は観察されず、損耗速度の試験例1~3とほぼ同等であったことから、耐火物の耐剥離性を正確に評価することができた。 In Test Example 4, the residual line change rate after baking at 1500° C. for 3 hours is relatively large compared to Test Examples 1 to 3, and there was a concern about peeling loss from conventional experience. However, the residual line change rate after firing at 1600° C. for 3 hours was a positive value. Subsequently, when the linear thermal expansion coefficient of the present invention was measured, the differential value of the linear thermal expansion coefficient at 1200° C. was 0.1% or less, and it was judged that the peeling resistance was high. When the refractory was actually used, no peeling wear was observed, and the wear rate was almost the same as in Test Examples 1 to 3. Therefore, the peeling resistance of the refractory could be accurately evaluated.
試験例5と6は、1500℃×3h焼成後の残存線変化率の値が比較的低いことから、従来の経験からは剥離の懸念はあまりないと予想された。そして、1600℃×3h焼成後の残存線変化率の値も、小さいながら正の値を示した。しかしながら、大気中1400℃で3時間熱処理を施した試験片の線熱膨張率曲線において、1500℃から室温までの冷却過程における1200℃での線熱膨張率と、室温から1500℃までの昇温過程における1200℃での線熱膨張率の差分値は0.1%超となり、耐剥離性に劣ると判断された。実機試験したところ、剥離損耗が発生し、損耗速度が大きくなった。従って、耐火物の耐剥離性を正確に評価することができた。 In Test Examples 5 and 6, the value of the residual linear change rate after baking at 1500° C. for 3 hours was relatively low. The value of the residual line change rate after firing at 1600° C. for 3 hours also showed a positive value, though small. However, in the linear thermal expansion curve of the test piece heat-treated at 1400 ° C. for 3 hours in the air, the linear thermal expansion coefficient at 1200 ° C. in the cooling process from 1500 ° C. to room temperature and the temperature rise from room temperature to 1500 ° C. The differential value of the coefficient of linear thermal expansion at 1200° C. in the process exceeded 0.1%, and it was judged that the peeling resistance was poor. As a result of the actual machine test, peeling wear occurred and the wear rate increased. Therefore, it was possible to accurately evaluate the peeling resistance of the refractory.
参考例1は、1500℃×3h焼成後の残存線変化率の値が低く、従来の経験からは剥離の懸念はあまりないと予想されるものの、残存膨張性がやや低い耐火物である。そこで、1600℃×3h焼成後の残存線変化率を測定したところ、負の値を取ったため、残存膨張性に劣ると予想された。一般にはこのような耐火物は実機に用いることはない。参考として、本発明に相当する、大気中1400℃で3時間熱処理を施した試験片において、1500℃から室温までの冷却過程における1200℃での線熱膨張率と、室温から1500℃までの昇温過程における1200℃での線熱膨張率を測定したところ、その差分値は0.1%以下であった。しかし実機試験を行ったところ、剥離損耗が観察され、損耗速度が大きかった。このように、1600℃×3h焼成後の残存線変化率が負の値を取るキャスタブル耐火物、すなわち残存収縮するキャスタブル耐火物は、線熱膨張率の差分値が小さい場合であっても、溶融金属処理容器の内張り炉材には好適に用いることができないおそれがある。 Reference Example 1 has a low residual linear change rate after sintering at 1500° C. for 3 hours, and is a refractory with a slightly low residual expansibility, although it is expected that there is not much concern about peeling from conventional experience. Therefore, when the residual linear change rate after firing at 1600° C. for 3 hours was measured, it was found to be a negative value. Generally, such refractories are not used in actual equipment. As a reference, in the test piece that was subjected to heat treatment at 1400 ° C. in the atmosphere for 3 hours, which corresponds to the present invention, the coefficient of linear thermal expansion at 1200 ° C. in the cooling process from 1500 ° C. to room temperature and the rise from room temperature to 1500 ° C. When the coefficient of linear thermal expansion was measured at 1200°C during the temperature process, the difference was 0.1% or less. However, when an actual machine test was conducted, peeling wear was observed, and the wear rate was high. As described above, the castable refractory that has a negative residual linear change rate after firing at 1600° C. for 3 hours, that is, the castable refractory that shrinks remains even if the difference value of the linear thermal expansion coefficient is small. It may not be suitable for use as a lining furnace material for a metal processing vessel.
本発明によれば、実機を施工する前に、使用する予定のアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の試験片を用いて、当該アルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物の耐剥離性を正確に評価することができる。そのため、本発明に係る評価方法を利用することによって、各種のキャスタブル耐火物の耐剥離性を比較検討することができ、耐用性に極めて優れたアルミナ-マグネシア質キャスタブル耐火物及び当該キャスタブル耐火物を用いた実機を製造することができる。 According to the present invention, before constructing an actual machine, using a test piece of the alumina-magnesia castable refractory to be used, the peeling resistance of the alumina-magnesia castable refractory can be accurately evaluated. can. Therefore, by using the evaluation method according to the present invention, it is possible to compare and study the peeling resistance of various castable refractories, and to find an alumina-magnesia castable refractory with extremely excellent durability and the castable refractory. It is possible to manufacture the actual machine used.
Claims (7)
前記キャスタブル耐火物は、1400℃以上1600℃以下で3時間以上焼成後の残存線変化率が0%以上であり、
前記キャスタブル耐火物の液相が生成する温度以上の温度T1にて前記キャスタブル耐火物を3時間以上熱処理する工程と、
前記熱処理後のキャスタブル耐火物を、室温から前記温度T1よりも高い温度T2まで昇温しつつ前記キャスタブル耐火物の線熱膨張率を測定する工程と、前記温度T2から室温まで冷却しつつ、前記キャスタブル耐火物の線熱膨張率を測定する工程と、
前記T1以下の温度T3における前記昇温過程の線熱膨張率と前記冷却過程の線熱膨張率との差分値を算出する工程と、
前記差分値から耐剥離性を判断する工程と、
を備え、
前記温度T3が1200℃であり、
前記差分値が0.1%以下である前記キャスタブル耐火物を耐剥離性が高いと判断することを特徴とするキャスタブル耐火物の耐剥離性の評価方法。 Alumina-magnesia castable refractory evaluation method for peeling resistance,
The castable refractory has a residual line change rate of 0% or more after firing at 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower for 3 hours or more,
A step of heat-treating the castable refractory for 3 hours or more at a temperature T1 higher than the temperature at which the liquid phase of the castable refractory is generated;
A step of measuring the linear thermal expansion coefficient of the castable refractory while raising the temperature of the castable refractory after the heat treatment from room temperature to a temperature T2 higher than the temperature T1; A step of measuring the linear thermal expansion coefficient of the castable refractory;
a step of calculating a difference value between the linear thermal expansion coefficient in the heating process and the linear thermal expansion coefficient in the cooling process at a temperature T3 that is equal to or lower than T1;
A step of judging the peel resistance from the difference value;
with
The temperature T3 is 1200° C.,
A method for evaluating peeling resistance of a castable refractory , wherein the castable refractory having a difference value of 0.1% or less is judged to have high peeling resistance.
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